气质联用仪的原理

p style=" line-height: 1.5em " & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 气质联用仪是指将气相色谱仪和质谱仪联合起来使用的仪器。质谱法可以进行有效的定性分析，但对复杂有机化合物的分析就显得无能为力 而色谱法对有机化合物是一种有效的分离分析方法，特别适合于进行有机化合物的定量分析，但定性分析则比较困难。因此，这两者的有效结合必将为化学家及生物化学家提供一个进行复杂有机化合物高效的定性、定量分析工具。像这种将两种或两种以上方法结合起来的技术称之为联用技术，将气相色谱仪和质谱仪联合起来使用的仪器叫做气质联用仪。 br/ /p p style=" line-height: 1.5em " 　　 strong 基本应用 /strong /p p style=" line-height: 1.5em " 　　气质联用仪被广泛应用于复杂组分的分离与鉴定，其具有GC的高分辨率和质谱的高灵敏度，是生物样品中药物与代谢物定性定量的有效工具。质谱仪的基本部件有：离子源、滤质器、检测器三部分组成，它们被安放在真空总管道内。接口：由GC出来的样品通过接口进入到质谱仪，接口是气质联用系统的关键。 /p p style=" line-height: 1.5em " 　 strong 　GC-MS主要由以下部分组成：色谱部分、气质接口、质谱仪部分(离子源、质量分析器、检测器)和数据处理系统。 /strong /p p style=" line-height: 1.5em " 　　 strong 一、色谱部分 /strong /p p style=" line-height: 1.5em " 　　色谱部分和一般的色谱仪基本相同，包括柱箱、气化室和载气系统。除特殊需要，多数不再装检测器，而是将MS作为检测器。此外，在色谱部分还带有分流/不分流进样系统，程序升温系统，压力、流量自动控制系统等。色谱部分的主要作用是分离，混合物样品在合适的色谱条件下被分离成单个组分，然后进入质谱仪进行鉴定。色谱仪是在常压下工作，而质谱仪需要高真空，因此，如果色谱仪使用填充柱，必须经过一种接口装置-分子分离器，将色谱载气去除，使样品气进入质谱仪。如果色谱仪使用毛细管柱，因为毛细管中载气流量比填充柱小得多，不会破坏质谱仪真空，可以将毛细管直接插入质谱仪离子源。 /p p style=" line-height: 1.5em " 　 strong 　二、气质接口 /strong /p p style=" line-height: 1.5em " 　　气质接口是GC到MS的连接部件。最常见的连接方式是直接连接法，毛细管色谱柱直接导入质谱仪，使用石墨垫圈密封(85%Vespel+15%石墨)，接口必须加热，防止分离的组分冷凝，接口温度设置一般为气相色谱程序升温最高值。 /p p style=" line-height: 1.5em " 　　 strong 三、质谱仪部分 /strong /p p style=" line-height: 1.5em " 　　质谱仪既是一种通用型的检测器，又是有选择性的检测器。它是在离子源部分将样品分子电离，形成离子和碎片离子，再通过质量分析器按照质荷比的不同进行分离，最后在检测器部分产生信号，并放大、记录得到质谱图。 /p p style=" line-height: 1.5em " 　　 strong 1.离子源 /strong /p p style=" line-height: 1.5em " 　　离子源的作用是接受样品产生离子，常用的离子化方式有: /p p style=" line-height: 1.5em " 　　 strong 电子轰击离子化 /strong (electron impact ionization，EI)EI是最常用的一种离子源，有机分子被一束电子流(能量一般为70eV)轰击，失去一个外层电子，形成带正电荷的分子离子(M+)，M+进一步碎裂成各种碎片离子、中性离子或游离基，在电场作用下，正离子被加速、聚焦、进入质量分析器分析。 /p p style=" line-height: 1.5em " 　　 strong EI特点: /strong /p p style=" line-height: 1.5em " 　　⑴结构简单，操作方便。 /p p style=" line-height: 1.5em " 　　⑵图谱具有特征性，化合物分子碎裂大，能提供较多信息，对化合物的鉴别和结构解析十分有利。 /p p style=" line-height: 1.5em " 　　⑶所得分子离子峰不强，有时不能识别。 /p p style=" line-height: 1.5em " 　　本法不适合于高分子量和热不稳定的化合物。 /p p style=" line-height: 1.5em " 　　 strong 化学离子化 /strong (chemicalionization，CI)将反应气(甲烷、异丁烷、氨气等)与样品按一定比例混合，然后进行电子轰击，甲烷分子先被电离，形成一次、二次离子，这些离子再与样品分子发生反应，形成比样品分子大一个质量数的(M+1) 离子，或称为准分子离子。准分子离子也可能失去一个H2，形成(M-1)离子。 /p p style=" line-height: 1.5em " 　　 strong CI特点 /strong /p p style=" line-height: 1.5em " 　　⑴不会发生象EI中那么强的能量交换，较少发生化学键断裂，谱形简单。 /p p style=" line-height: 1.5em " 　　⑵分子离子峰弱，但(M+1) 峰强，这提供了分子量信息。 /p p style=" line-height: 1.5em " 　　 strong 场致离子化 /strong (fieldionization，FI) 适用于易变分子的离子化，如碳水化合物、氨基酸、多肽、抗生素、苯丙胺类等。能产生较强的分子离子峰和准分子离子峰。 /p p style=" line-height: 1.5em " 　　 strong 场解吸离子化 /strong ( field desorption ionization，FD) 用于极性大、难气化、对热不稳定的化合物。 /p p style=" line-height: 1.5em " 　　 strong 负离子化学离子化 /strong (negative ion chemical ionization，NICI)是在正离子MS的基础上发展起来的一种离子化方法，其给出特征的负离子峰，具有很高的灵敏度(10-15g)。 /p p style=" line-height: 1.5em " 　　 strong 2.质量分析 /strong /p p style=" line-height: 1.5em " 　　其作用是将电离室中生成的离子按质荷比(m/z)大小分开，进行质谱检测。常见质量分析器有: /p p style=" line-height: 1.5em " 　　 strong 四极杆质量分析器(quadrupoleanalyzer) /strong /p p style=" line-height: 1.5em " 　　原理:由四根平行圆柱形电极组成，电极分为两组，分别加上直流电压和一定频率的交流电压。样品离子沿电极间轴向进入电场后，在极性相反的电极间振荡，只有质荷比在某个范围的离子才能通过四极杆，到达检测器，其余离子因振幅过大与电极碰撞，放电中和后被抽走。因此，改变电压或频率，可使不同质荷比的离子依次到达检测器，被分离检测。 /p p style=" line-height: 1.5em " 　　 strong 扇形质量分析器 /strong /p p style=" line-height: 1.5em " 　　磁式扇形质量分析器(magnetic-sector massanalyzer)被电场加速的离子进入磁场后，运动轨道弯曲了，离子轨道偏转可用公式表示:当H，V一定时，只有某一质荷比的离子能通过狭缝到达检测器。 /p p style=" line-height: 1.5em " 　　特点:分辨率低，对质量同、能量不同的离子分辨较困难。 /p p style=" line-height: 1.5em " 　　 strong 双聚焦质量分析器 /strong (double-focusing massassay)由一个静电分析器和一个磁分析器组成，静电分析器允许有某个能量的离子通过，并按不同能量聚焦，先后进入磁分析器，经过两次聚焦，大大提高了分辨率。 /p p style=" line-height: 1.5em " 　　 strong 离子阱检测器(iontrap detector) /strong /p p style=" line-height: 1.5em " 　　原理类似于四极分析器，但让离子贮存于井中，改变电极电压，使离子向上、下两端运动，通过底端小孔进入检测器。 /p p style=" line-height: 1.5em " 　　检测器的作用是将离子束转变成电信号，并将信号放大，常用检测器是电子倍增器。当离子撞击到检测器时引起倍增器电极表面喷射出一些电子，被喷射出的电子由于电位差被加速射向第二个倍增器电极，喷射出更多的电子，由此连续作用，每个电子碰撞下一个电极时能喷射出2~3个电子，通常电子倍增器有14级倍增器电极，可大大提高检测灵敏度。 /p p style=" line-height: 1.5em " 　　 strong 真空系统 /strong /p p style=" line-height: 1.5em " 　　由于质谱仪必须在真空条件下才能工作，因此真空度的好坏直接影响了气质联用仪的性能。一般真空系统由两级真空组成，前级真空泵和高真空泵。前级真空泵的主要作用是给高真空泵提供一个运行的环境，一般为机械旋片泵。高真空泵主要有油扩散泵和涡轮分子泵，目前主要应用的是涡轮分子泵 /p p style=" line-height: 1.5em " 　 strong 　主要性能指标 /strong /p p style=" line-height: 1.5em " 　　气质联用仪的整体性能指标主要有以下几个：质量范围、分辨率、灵敏度、质量准确度、扫描速度、质量轴稳定性、动态范围。 /p p style=" line-height: 1.5em " 　　质量范围指的是能检测的最低和最高质量，决定了仪器的应用范围，取决于质量分析器的类型。四极杆质量分析器的质量范围下限1~10，上限500~1200。 /p p style=" line-height: 1.5em " 　　分辨率是指质谱分辨相邻两个离子质量的能力，质量分析器的类型决定了质谱仪的分辨能力。四极杆质量分析器的分辨率一般为单位质量分辨力。 /p p style=" line-height: 1.5em " 　　灵敏度：气质联用仪一般采用八氟萘作为灵敏度测试的化合物，选择质量数272的离子，以1pg八氟萘的均方根(RMS)信噪比来表示。灵敏度的高低不仅与气质联用仪的性能有关，测试条件也会对结果产生一定影响。 /p p style=" line-height: 1.5em " 　　质量准确度为离子质量测定的准确性，与分辨率一样取决于质量分析器的类型。四极杆质量分析器属于低分辨质谱，质量准确度为0.1u。 /p p style=" line-height: 1.5em " 　　扫描速度定义为每秒钟扫描的最大质量数，是数据采集的一个基本参数，对于获得合理的谱图和好的峰形有显著的影响。 /p p style=" line-height: 1.5em " 　　质量轴稳定性是指在一定条件下，一定时间内质量标尺发生偏移的程度，一般多以24h内某一质量测定值的变化来表示。 /p p style=" line-height: 1.5em " 　　动态范围决定了气质联用仪的检测浓度范围。 /p p style=" line-height: 1.5em " 　　 strong 测定方法 /strong /p p style=" line-height: 1.5em " 　　 strong 总离子流色谱法(totalionization chromatography，TIC) /strong --类似于GC图谱，用于定量。l反复扫描法(repetitive scanningmethod，RSM)--按一定间隔时间反复扫描，自动测量、运算，制得各个组分的质谱图，可进行定性。l质量色谱法(masschromatography，MC)--记录具有某质荷比的离子强度随时间变化图谱。在选定的质量范围内，任何一个质量数都有与总离子流色谱图相似的质量色谱图。 /p p style=" line-height: 1.5em " 　　 strong 选择性离子监测(selectedion monitoring，SIM) /strong --对选定的某个或数个特征质量峰进行单离子或多离子检测，获得这些离子流强度随时间的变化曲线。其检测灵敏度较总离子流检测高2~3个数量级。 /p p style=" line-height: 1.5em " 　　 strong 质谱图 /strong --为带正电荷的离子碎片质荷比与其相对强度之间关系的棒图。质谱图中最强峰称为基峰，其强度规定为100%，其它峰以此峰为准，确定其相对强度。 /p p br/ /p

?? 2016年6月13日，为了进一步提升应急监测技术实战能力，上海市环境监测中心站携手北京博赛德科技有限公司及美国INFICON公司在上海市环境监测中心站会议室举办了便携式气质联用仪培训。上海虹口区环境监测站、黄埔区环境监测站、奉贤区环境监测站等11个区、县站携带Hapsite仪器参加了此次的培训。 此次培训主要是仪器理论知识结合实际操作，在了解仪器的前提下学会并掌握正确使用方法。培训现场学习氛围浓厚，讲师首先集中讲解了便携式气质HAPSITE ER的原理、基本操作、方法编辑，然后又分别针对各种不同的应用场景进行了清晰、精确的讲解，现场实际操作环节各单位分别根据讲师的讲授内容进行实际操作，遇到问题及时解答，本次培训也留出时间供大家互相讨论实际工作中遇到的问题和解决方法，通过交流，更清晰便携式气质的操作和应用。 随着HAPSITE进入中国，国内许多环境监测部门、卫生疾控系统、安检系统以及一些科研院校等都陆续配备了这套设备，其体积小、重量轻、分析速度快、精度高等优异性能逐渐得到了使用人员的肯定和认可，并在许多环境应急事故中为环境管理部门制定处理方案、确定隔离区域争取了较大的主动，从而给环境事故的及时处理带来了极大的方便。 通过此次培训，提高了上海市各区县站应急人员便携式气质联用仪的操作水平和应用水平，为在今后的实际工作中，尤其是环境应急事故中，熟练正确地使用HAPSITE，为及时、正确、准确地处理事故提供实时可靠的监测数据。 HAPSITE产品介绍(请点击该链接）??

2024年5月15日下午，阳光洒满清华园，一场具有深远意义的捐赠仪式在清华大学隆重举行。北京东西分析仪器有限公司在此刻，向清华大学科学博物馆捐赠了首台国产商品化质谱仪，作为科研仪器展示和科学史研究之用。下面是关于这台质谱的故事。东西分析的质谱仪开发，始于1997年。起于海淀西北旺乡的韩家川。当时东西分析的研发中心在此地。其间有一个四层的小楼，周边是平房。在厨房和锅炉房中间的一个小屋里，工作人员们开始了质谱仪的研发。当时国内质谱仪市场环境很简单，100%的进口产品。东西分析的创始人之一，李选培李工开始了质谱的开发工作。首先确定的产品型号是MS3000，这是根据当时公司的技术水平，感觉需要分两步走，由于当时硬件和计算机的一定制约，暂时不能达到气质联用的开发水平。于是李工首先设计了一个简单的质谱仪，用于学习和了解质谱的原理和技术。为此，李工起草了MS3000的总体设计任务书和分项的设计任务书，包括两个方案，一个四极杆，一个离子阱。MS-3000 四极质谱的初步设计方案 MS-3000质谱中电器系统设计任务书东西分析创始人 李选培先生2002-2003年间，硬件的采样和扫描速度已经有了长足的进步，与此同时，计算机的速度也有了很大提高，气质联用的条件开始成熟。于是在此阶段，李工起草了气质联用GCMS 3100的总体设计任务书以及各个部分的任务书。核心部分是对硬件扫描采样的具体设计。这些任务书的设计，不仅是对整体的宏观描述，更是对使用的芯片型号，时序，逻辑，以及各种电压电流都进行了详细的要求。基本上达到了硬件工程师或软件工程师能够开始进行实际设计的水平。整个设计流程，沿用了过去标准的总工程师责任制，总工程师负责做总体的设计任务书和分项书，下发给各个子课题负责人。整个项目进行完全的正向开发。色谱-质谱联用PC软件技术任务书北京东西分析仪器有限公司从2002年起组建开发团队，并合力完成了气质联用仪的设计任务。在此期间，团队得到了广泛的社会支持，其中包括老前辈朱良漪老先生的关怀，特别是受到了苏焕华老师和王光辉老师的精心指导，此外，更离不开来自东西分析广大客户群体的鼓励和支持。2004年底，GC-MS3100的样机就出来了，质谱仪联上东西分析的GC4000A色谱仪，软件也调通了，可以从工作站看到一些信号。由于大家对质谱都很陌生，不知道出的信号，是TIC和质谱峰还是噪声。有一天王光辉老师来公司，看了半天，肯定得说，这就是质谱信号。哈哈。 随后样机参加了2005年的BCEIA，解决了分辨率不够，长期稳定性，四极杆稳定生产组装等一系列难关。关于研制和生产GC/MS（气相色谱-质谱联用仪）的设想文章苏焕华老师和王光辉老师，于2005年提出的建议和设想，为项目的研发进一步指明了方向。质谱开发早期技术文件前后历经了9年，2006年，第一台商品化的产品终于顺利设计完工，并交付给客户（仪器编号：06006 出厂日期：20061225）。此产品的各项技术指标顺利达到设计任务书的要求。在有关当时仪器网江炜博士采访中，他写道“在得知东西分析成功开发出中国第一款四极杆气质联用仪时，当时的感觉就如同一名行者在寸草不生的戈壁里跋涉了许久，满目的黄沙使人抑郁、消沉，这时，一株绿色、充满生机的植物突然出现在了你的面前，让人为之一振。”第一台仪器的客户，是厦门大学林翔云教授和厦门牡丹香化实业有限公司。林老师是我国在香精香料方面的大咖，著有“调香术”等香水制作方面的专著，并引用了GCMS3100分析的谱图。敢于使用第一台国产质谱的用户，林老师无疑是具有前瞻性的。2007年，在东西分析召开质谱仪产品发布会上，央视CCTV-2频道对其进行报道。同年，GC-MS3100型气相色谱-质谱联用仪获得国家重点新产品证书，BCEIA金奖，中国创新设计红星奖。朱良漪老先生与李工在首台商用质谱仪发布会上揭幕央视CCTV-2频道进行相关报道于2017年左右，GC-MS3100型气相色谱-质谱联用仪方才退役，其经历了大量的样品实验的考验。在听说有建立仪器博物馆的消息后，东西分析公司与林老师商量，把这台编号为06006的仪器运回公司，捐赠给未来的博物馆。本次捐赠仪式由清华大学科学博物馆收藏部负责人、科学史系助理教授刘年凯主持。东西分析副总经理张杰女士，东西分析市场部总监吴岩先生，九三学社清华大学委员会副主委、清华大学分析中心邢志教授，和清华大学科学博物馆馆长、科学史系主任吴国盛教授分别发言。邢志教授首先介绍了我国质谱仪的历史发展，表示近二十年来国家高度重视质谱仪的国产替代化，已在研发方面取得一些重要进展。其中，东西分析仪器公司研发的3100型气-质联用仪现了国产质谱仪器从“无”到“有”的突破，在我国高端分析仪器发展史上具有重要意义。九三学社清华大学委员会副主委 、清华大学分析中心 邢志教授清华大学科学博物馆事业发展部主管、馆长助理范爱红，清华大学科学博物馆收藏部负责人、科学史系助理教授刘年凯，清华大学科学博物馆办公室主任孟洁，东西分析研发部总监顾好粮顾总，东西分析参与GCMS3100研发的三位工程师：硬件工程师付本亮，应用工程师刘更涛，仪器工程师杜江辉，仪器信息网编辑部运营经理于潇雨等也出席了本次仪式。捐赠证书左：东西分析副总经理 张杰右：清华大学科学博物馆馆长、科学史系主任 吴国盛教授东西分析公司将该仪器作为首台国产质谱仪捐赠予清华大学科学博物馆，为这台功勋仪器找到了一个最好的归宿。关于我们北京东西分析仪器有限公司，拥有三十多年的分析仪器研发、制造、服务的历史，系国家高新技术企业、北京市高新技术企业、北京市“专精特新”小巨人企业、北京市“专精特新”中小企业和分析仪器制造行业国际化企业。拥有计量器具资质、医疗器械资质和安标资质等多项资质证书。多次获得BCEIA金奖和行业最具影响力奖。在行业内率先通过ISO9001国际质量体系认证，ISO14001环境管理体系认证。多个产品取得欧盟CE认证，系中华预防医学会卫检专用委员会产品信得过单位。“完美分析，辉映东西”。公司以科研技术实力为后盾，以质量管理为保证，以完善的售后服务为支撑，为用户提供高品质的分析仪器产品。